化工企業(yè)35kV變電所的電氣設(shè)計

李春陽

（南京金凌石化工程設(shè)計有限公司，江蘇南京 210042）

近年來隨著化工企業(yè)發(fā)展，對生產(chǎn)裝置的供電質(zhì)量和供電容量要求越來越高，其原有的110kV/6kV 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)難以滿足要求，終端的6kV 裝置變電所供電距離長，線路損耗大，需新增35kV 電壓等級，在數(shù)座裝置變電所附近規(guī)劃35kV 區(qū)域變電所，從而提高供電可靠性和容量、降低電能損耗、提高終端變電所的供電質(zhì)量，促進化工企業(yè)用電資源的合理流動，保證企業(yè)的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)性發(fā)展。

1 電氣主接線設(shè)計

為了滿足化工裝置供電要求，根據(jù)靠近負荷中心的原則，確定新建一座 35kV 區(qū)域變電所，電壓等級分為 35kV、6kV 兩種；同時，在該變電所設(shè)計兩臺主變壓器（變比為35/ 6.3kV）。依據(jù)《35kV～110kV 變電站設(shè)計規(guī)范》（GB50059—2011）第3.2.3和3.2.4條，35kV 線路宜采用線路分支、橋形、線路變壓器組或單母線、單母線分段接線；若線路為8 回以上時，應(yīng)采用雙母線接線。依據(jù)前期規(guī)劃，35kV 區(qū)域變電所2回進線電源分別引自上一級總降變電所，遵循供電可靠、接線簡潔、節(jié)約投資的原則，35kV 線路采用線路變壓器組接線方式。

35kV 側(cè)不設(shè)負荷開關(guān)，無明顯斷開點，停送電操作須由上級變電所饋線開關(guān)柜執(zhí)行，與傳統(tǒng)檢修安全習(xí)慣不符。經(jīng)研究，在主變35kV 側(cè)電纜接線箱設(shè)置電磁鎖和機械編碼掛鎖（五防廠家配置），主變檢修時，其與上級電源側(cè)饋線開關(guān)的聯(lián)鎖由電氣防誤聯(lián)鎖和微機防誤系統(tǒng)的防誤閉鎖邏輯來共同實現(xiàn)。

6kV 側(cè)設(shè)3 回饋線及2 回消弧線圈出線，6kV 總負荷為16 220kW，其中最大1回負荷為 7 120kW；根據(jù)《35kV～110kV 變電站設(shè)計規(guī)范》（GB50059—2011）第3.2.5條規(guī)定，變電所裝有2臺主變壓器，6kV 系統(tǒng)主接線采用單母線分段接線。正常情況下母線分段斷路器斷開，母線分段運行，雙回路電源分別供電；當(dāng)一回電源故障或檢修時，母線分段斷路器閉合，另一回電源供全部負荷用電。6kV分段斷路器設(shè)自動快切裝置，根據(jù)操作需要，可選擇實施分段斷路器自動或手動投切。

總之，電氣主接線設(shè)計應(yīng)以長期安全可靠供電為基礎(chǔ)，并保證所有操作和維修活動安全和方便的前提下，遵循接線簡潔、目的明確的原則，盡可能節(jié)省投資。具體主接線如圖1所示。

圖1 電氣主接線圖

2 系統(tǒng)中性點接地

2.1 中性點接地方式確定

本文僅論述變電所6kV 中性點接地方式，35kV 中性點接地方式由上一級變電所確定。當(dāng)前化工企業(yè)6kV 系統(tǒng)中性點接地方式一般分為不接地、電阻接地和消弧線圈接地三種方式，其中依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》（GB50064—2014）第3.1.3條，采用中性點不接地方式電纜系統(tǒng)電容電流不超過10A。經(jīng)電阻接地的優(yōu)點是可以抑制電弧接地時的過電壓，同時由于接地點電流較大，有利于線路接地保護的選擇；缺點是供電可靠性不足，系統(tǒng)無法帶故障運行，線路跳閘率較高，一般是下級裝置變電所需增加快切裝置。經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)點是可以使接地點故障殘流很小，同時發(fā)生瞬間單相接地故障時不斷電，可以帶故障運行一段時間，供電可靠性較高；缺點是不利于線路接地保護的選擇，需增加小電流接地選線裝置。考慮到化工裝置連續(xù)運行的工藝要求，經(jīng)綜合比較，采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

2.2 電容電流計算

依據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）第四章，p302，p303頁的相關(guān)公式進行計算，其中變電所內(nèi)部的變壓器、消弧線圈等設(shè)備的動力電纜因線路較短，統(tǒng)一考慮在電力設(shè)備增加18%電容電流。具體計算過程本文不再贅述，最終計算結(jié)果如表1～表2所示。

表1 變電所6kV系統(tǒng)I段電容電流

表2 變電所6kV系統(tǒng)II段電容電流

2.3 消弧線圈容量選擇

考慮35kV 變電所的運行方式，按以下三種情況考慮。

（1）正常情況下變電所內(nèi)兩段母線分列運行，每段母線各有一臺消弧線圈裝置投入運行。

（2）特殊情況下一臺變壓器故障，兩段母線并列運行，此時兩臺消弧線圈裝置也可以同時并列運行。

（3）考慮到一臺消弧線圈裝置故障，此時母線須并列運行，另一臺消弧線圈裝置對兩段母線的全部線路進行補償。

按上述一臺消弧線圈裝置故障的情況考慮，取6kV 系統(tǒng)I段、II 段電容電流之和，則計算的電容電流為Ic=15.53＋16.8= 32.33A

消弧線圈容量計算公式按《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）第五章P406頁式5.7-20進行計算，Qx=1.35×Ic×Un/ 1.732=1.35×32.33×6/1.732=151.2kVA，考慮遠景發(fā)展，最終選擇的消弧線圈容量為200kVA。

3 主要設(shè)備選型及變電所布置

3.1 主要設(shè)備選型

（1）主變壓器戶內(nèi)敞開式布置，考慮到大部分化工裝置屬于爆炸危險區(qū)域，環(huán)境腐蝕嚴(yán)重，為延長使用壽命，變壓器選擇三相雙繞組油浸式無載調(diào)壓全密封電力變壓器，規(guī)模為兩臺。變壓器型號：S11-20000/35 35±3×2.5%/6.3kV，阻抗電壓8.0%，接線組別YN，d11。變壓器高壓側(cè)電纜接線箱進線，低壓側(cè)封閉母線橋出線。

（2）6kV 高壓開關(guān)柜戶內(nèi)布置，主變低壓側(cè)采用全封閉母線穿墻后與進線開關(guān)柜連接。選用KYN28A-12金屬鎧裝移開式中置開關(guān)柜，內(nèi)設(shè)固封極柱型真空斷路器，額定電流分別為2 500A（進線及母聯(lián)）和1 250A（饋線），額定短路斷開電流31.5kA。

（3）消弧線圈應(yīng)自動跟蹤電網(wǎng)電容電流變化、及時調(diào)節(jié)消弧線圈分接頭，使殘流達到最佳的狀態(tài)。同時能抑制諧振過電壓產(chǎn)生，限制弧光過電壓幅值。經(jīng)綜合比較，選用2臺ZDBG 型自動調(diào)諧消弧線圈成套裝置，配套1臺中心控制屏，采用1控2模式，安裝在消弧線圈室內(nèi)。

（4）6kV 系統(tǒng)操作電源采用成套直流電源裝置，共兩套，每套容量為80Ah，兩套裝置直流母線之間設(shè)母聯(lián)斷路器。蓄電池采用進口閥控鉛酸免維護蓄電池和高頻開關(guān)模塊整流器，模塊采用N+1冗余。

（5）380V 低壓所用配電裝置采用低壓固定式開關(guān)柜。

3.2 變電所布置

按《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》 GB50229—2019的規(guī)定，建設(shè)物耐火等級為二級，火災(zāi)類別6kV 配電室、消弧裝置室戊類；主變壓器室丙類（耐火等級一級）。按《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（2018年版）GB50160—2008的規(guī)定，35kV 變電所為二類區(qū)域性重要設(shè)施，與周圍甲類化工裝置防火距離不應(yīng)小于26.25m。

變電所內(nèi)設(shè)6kV 配電室、消弧裝置室、變壓器室及輔助用房等，其結(jié)構(gòu)為二層：一層主要為6kV 配電室和消弧裝置室，南面布置35kV 主變壓器；二層布置中央控制室、檢修間、備品備件間等輔助用房。35kV 油浸變壓器為低式半敞開布置（下設(shè)擋油池），變壓器室設(shè)鋼網(wǎng)門。

4 結(jié)束語

35kV 變電所是一個相對獨立的單元，對上、下級電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境都有影響。由于需要靠近負荷中心，周圍基本屬于爆炸危險區(qū)域的生產(chǎn)裝置，要求在滿足功能的基礎(chǔ)上盡可能緊湊，且對供電可靠性要求較高，導(dǎo)致在設(shè)計時與一般35kV 變電所略有不同，本文依據(jù)實際工程案例對上述電氣一次部分的設(shè)計內(nèi)容進行了總結(jié)。